全寿命周期下茶叶质量安全可追溯体系评价与关键技术研究

徐水太，汪亚波，卫引凯

（江西理工大学，江西 赣州 341000）

中国是世界上最大的茶叶生产国，中国以茶叶品种多，茶叶品质高，享誉世界。近年来，除了2020年受疫情影响茶叶出口量有所下降外，总体呈上升趋势，如图1所示。在国内市场，茶叶销售量也呈上升趋势。一片普通的茶叶从茶园进入到消费者的杯中，要经过多道工序和流程，在全寿命周期视角下，茶叶质量安全可追溯体系涉及茶园种植、茶叶初加工、茶叶精加工、茶叶运输和仓储、茶叶销售、茶叶售后整个流程。食品质量安全无小事，近年来，社会上茶叶质量安全事件时有发生，部分企业存在以次充好，重金属超标，售卖过期茶叶等行为，严重损害了茶叶行业形象和消费者利益。这说明当前的茶叶质量安全可追溯体系存在漏洞。随着数字信息技术的发展，全寿命周期下茶叶质量安全可追溯体系日臻完善。

图1 中国茶叶出口量

1 茶叶质量安全可追溯体系现状

在食品安全管理领域，追溯一般被定义为：通过记录的标识对具体实体的历史、应用或位置进行回溯的能力[1]。以美国为代表的发达国家食品安全体系健全，食品质量安全溯源技术先进，而我国食品质量溯源体系相对落后[2]。近年来国家加大了相关建设力度，2018年中央一号文件提出，要加强农业投入品和农产品质量安全追溯体系建设。茶叶质量安全追溯手段多种多样，传统的追溯技术，如同位素标定法。LU[3]等人对西湖龙井茶叶不同生长时期，利用Pb同位素标定法进行了实验，数据分析发现西湖龙井茶叶从萌芽、中叶到老叶Pb含量逐渐递增。随着信息通信技术的发展，大数据技术结合IOT等新兴技术在农业领域的不断深化普及，可以实现对农产品全产业链的质量安全可追溯体系的监控。目前茶叶质量安全面对的问题主要有农药残留超标、重金属污染、有害微生物残留、非茶类物质混入、储存过程中的发霉变质等[4]。建立全流程的农产品质量安全可追溯体系，如图2模型所示，有助于加强农产品质量安全动态管理和监控，及时发现各个环节中的问题。

图2 农产品安全可追溯体系概念框架[5]

2 全寿命周期视角下茶叶质量安全可追溯体系指标

一个完整的茶叶产业链包括茶叶种植、茶叶加工、茶叶运输仓储、茶叶销售和茶叶售后，如图3所示。根据上述产业链的每个阶段，通过查阅相关文献，与实际调查，为了研究问题的方便，本文将茶叶全寿命周期分为四个阶段，合并了茶叶销售和茶叶售后。根据每个阶段影响茶叶质量安全的关键指标建立指标体系[3]，如表1所示。

图3 茶叶全寿命周期

表1 全寿命周期茶叶质量安全可追溯体系[6]

3 层次分析法理论

层次分析法由美国运筹学家Saaty创立，其基本运算步骤如下：

第一步 建立指标体系的层次结构模型。

第二步 邀请行业内相关专家进行打分。层次分析标度法如表2所示。

表2 层次分析法标度

第三步 对比较矩阵规范化处理。

对规范向量求和除以n得到各指标权重：

第四步 层次单排序以及一致性检验并进行一致性评价。

计算判断矩阵最大特征值λmax，计算一致性指标：

第五步 获得一致性指标值RI。如表3所示。

表3 随机一致性指数

第六步 将CI与随机一致性指标RI进行比较，计算一致性比率，CR值小于0.1则判断矩阵会基本满足完全一致性，否则，就要对判断矩阵重新赋值，直至满足一致性要求。

4 案例分析

4.1 西湖龙井茶概况

西湖龙井茶产于浙江省杭州市，茶叶清香淡雅，被誉为中国十大名茶之首。西湖龙井茶2021年种植面积22374.7亩，其中一级保护区7369.7亩，二级保护区15005亩。“西湖龙井”为国家地理保护标志。2020年，浙江省龙井茶产量为2.6万吨，同比增长9.0%。2021年西湖龙井茶一级产区春茶产量为160吨左右。

4.2 西湖龙井茶质量安全指标体系评价

4.2.1 指标体系的建立

本文邀请龙井茶行业内5名资深专家对龙井茶茶叶质量安全可追溯体系相关指标进行打分，通过实地调研与文献查阅的梳理分析，运用层次分析法，以龙井茶全寿命周期为目标层，再细分为茶叶种植、茶叶加工、茶叶物流三个准则层。在第三级指标层中，将意义相同、内容相近、不具备研究性的评价指标进行相应整理、剔除合并，参考相关专家意见，精简得到最终的指标层（表4）。

表4 修改后茶叶质量安全可追溯体系

4.2.2 计算准则层和指标层权重

详情见表5、表6、表7、表8、表9、表10。关重金属检测，获得相关质量安全认证，一旦出现茶叶质量安全事件，经过售后反馈，是最先追溯的阶段。茶叶种植是农产品的源头，杀虫剂化肥农药的使用直接决定了茶叶的质量安全品质[7]，所以紧随其后。茶叶加工阶段要经过杀青、炒制等流程，不当的机械设备使用，加工卫生环境差也会对茶叶质量安全产生影响。运输仓储阶段，不恰当的温度、湿度、氧气等理化因素会导致茶叶发霉变质。

表5 准则层

表6 茶叶种植

表7 茶叶加工

表8 茶叶运输与仓储

表9 茶叶销售与售后

表10 综合权重表

4.3 相关数据分析

4.3.1 准则层分析

准则层中，权重向量排序为茶叶销售与售后＞茶叶种植＞茶叶加工＞茶叶运输与仓储。茶叶销售与售后阶段指标权重最高，具有一定合理性。此阶段是质量安全问题产生的阶段，茶叶作为商品被销售给顾客，要通过相

4.3.2 指标层分析

指标层中，如图4所示，权重值排名前六位分别为信息技术＞原产地保护标识＞化肥农药＞病虫害防治＞添加剂＞机械设备。信息技术在所有指标中排名最高，在整个系统中具有举足轻重的地位。这与实际情况相符，茶叶质量安全溯源离不开现代信息技术的支撑。以大数据融合物联网技术可以实现对茶叶质量安全从种植园到客户全流程监控。原产地保护标识[8]如“西湖龙井”国家地理标识，是对杭州地区龙井茶叶品质安全声望和其他特征的认可，并且龙井茶的生产、加工或配置都在该区域内完成。化肥农药被广泛应用于现代农业，其可以有效地减少农作物病虫害发生，促进植物生长。然而农药残留超标却能对人体产生不利影响。不恰当的施肥会对茶树生长造成不利影响，造成茶叶品质下降。我国主要有三十余种茶叶病虫害，常见的有小绿叶蝉、螨类、蚜虫、黑刺粉虱和尺蠖类等。茶树病虫害的发生不仅会影响茶叶产量，还会严重影响茶叶品质安全和美观，应予以积极防治。食品添加剂，如防腐剂，其作用是防止食物发霉、变质，比较常见的防腐剂有双乙酸钠、山梨酸、苯甲酸等，超限量使用食品添加剂会对人体造成危害[9]。机械设备主要是小型生产线机械配套设备会对茶叶加工质量产生不利影响[10]。

图4 龙井茶质量安全溯源体系指标权重分布图

5 茶叶质量安全关键信息技术研究

5.1 区块链技术（blockchain）

区块链技术[11]是一种分布式总账系统，使用了时间戳技术，将数据区块按照顺序相连的方式组合而成的一种链式数据存储结构，综合了密码学方法，信息数据不可篡改和伪造。区块链的核心工作原理如图5所示[12]。区块链体系核心特征是：去中心化、数据库安全、集体维护、各方信任。区块链技术作为一种崭新的新技术，其独特的特点引起各行各业学者的广泛关注。食品质量安全溯源体系中引入区块链技术得到了理想的效果。葛艳等[13]以生食牡蛎为例构建了基于区块链的HACCP质量溯源模型，利用区块链技术交易的不可篡改特点，保证了生食牡蛎质量溯源数据的可信度。在茶叶领域借助区块链技术可以实现对茶叶从种植园阶段幼苗日常管理、田间施肥、农药喷洒等农业生产到最终送达消费者手中全过程的监控与管理，形成“产-供-销-消”一体化的信息系统[14]。

5.2 物联网技术（IOT）

物联网技术[15]作为一种现代新兴技术，是将广泛存在的多种事物或目标通过传感器、激励器、RFID或者智能手机等设备和互联网链接起来的技术。它主要融合了无线感应网络（WSN）、对象名称解析服务（ONS）、蓝牙（Bluetooth）、紫蜂（ZigBee）等通信技术[16]，如图6所示。Jouni Tervonen[17]使用了IOT技术对仓储中马铃薯种子的不同WSN节点温度做了数据分析，证实了IOT技术是农业食品供应链体系的有效解决方法。阳琼芳[18]研究了广西农垦茶叶产品，开发出基于物联网技术的覆盖茶叶生产、茶叶加工、茶叶销售等全产业链的质量溯源系统。

图6 IOT技术元素蜂窝图

5.3 二维码技术

二维码技术[19]的基本原理是水平和垂直空间信息编码，因而可以在横向和纵向空间同时表达信息，在很小的空间表达大量信息。二维码技术由于成本低廉，用途极为广泛，食品包装上应用二维码技术非常普及。张帅等[20]运用二维码技术对农产品溯源系统进行架构和功能模块设计，指出二维码信息对于农产品质量溯源与管控的重要性。

5.4 RFID识别技术

射频识别（Radio frequency identification，RFID）技术[21]是一种无线网络通信技术，具有可存储大量信息和方便操作的优点。RFID技术溯源系统由RFID标签、多个阅读器和天线三部分组成，RFID标签由多个芯片组成，用于识别目标对象。阅读器读取数据通过以太局域网传送到数据服务器存储，用户通过互联网共享数据库中的信息。RFID基本工作原理如图7所示。RFID技术方便快捷存储信息量大的技术优势在农产品质量溯源体系中应用广泛。只需要在包装上植入RFID电子标签，用户利用RFID探头即可轻松获取产品相关信息。其成本要比二维码高很多，适用于价值较高的产品。

图7 RFID基本工作原理图[22]

5.5 电子鼻技术

电子鼻（electrical nose）技术[23]是以哺乳动物嗅觉系统的结构和机理为依据，融入了传感器技术、电子技术和计算机技术，通过模拟人的感官系统去识别气体图谱，可有效地分析挥发性气体，进而可以快速测定、区分不同品种和产地的农产品。郭永跃等[24]利用电子鼻技术对初榨橄榄油进行了鉴别试验，试验结果证实了电子鼻技术的可靠性。

6 结束语

基于对西湖龙井茶质量安全可追溯体系案例研究发现，信息技术是影响茶叶质量安全溯源体系最重要的指标。因此，农产品安全领域有必要加强现代化信息通信技术的应用力度和广度。相关政府监管者应重视农业大数据平台建设，有助于农产品质量安全溯源体系的完善[25]。通过对农产品质量安全溯源关键信息技术原理与应用的介绍抛砖引玉，有助于推动未来学者研究。本文对茶叶的研究具有一定的普遍适用性，也同样适用于其他农产品质量安全溯源问题。